CN104812240A - 海洋藻类培养以及渔场创建及维护的系统 - Google Patents

海洋藻类培养以及渔场创建及维护的系统 Download PDF

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Abstract

用于藻类培养以及渔场创建及维护的系统，并且用于减少温室气体，该系统包括：多个泵(100)，具有软管(110)，用于从海底抽吸营养丰富的深冷水并将其泵送至海洋表面；以及从软管周围的温水抽吸热量的多个热交换器(112)，多个热交换器与至少一部分软管热连通，用于将上升的营养丰富的深冷水在其上升通过软管期间逐渐加温，使得在其到达海洋表面时其大致处于海洋表面水温。

Description

海洋藻类培养以及渔场创建及维护的系统
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2012年3月12日美国临时申请No.61/609,823的利益，其在不与本申请冲突的程度上通过参考并入于此。本申请还涉及提交于2011年11月2日的美国临时申请No.61/554,914。
技术领域
本发明通常涉及海洋安装，尤其涉及用于海洋藻类培养以及用于创建及维护海洋渔场的系统和方法。
背景技术
公知的是，如果在合适的地理位置将海洋的营养丰富的深水推向表面的话，藻类水华，并且渔场在特定条件下会快速及大量地发展。
将营养丰富的水提供至太阳光能够达到的表面，这可以向环境提供大量宽谱藻类生长。其自然结果是，海洋生物的生态系统可以发展为供给其食物源，因而可以产生多产的自然野生渔场。
在该现象自然发生的场合，(例如沿着秘鲁/智利、加利福尼亚、阿拉斯加州或者南美的海洋)，可以观察到的是，星球上一些最大浓度的海洋生物已经激增。该现象对相应区域以及世界上大范围内带来了很大的经济利益。
关于如何通过泵送营养丰富的深海水至表面来人工重现该奇特现象以用于渔场相关创建的讨论已经持续了数年。但是，所讨论的方法似乎有个未解决的/无法解决的非常重要的问题，该问题涉及冷的浓度大的营养丰富的水有下降回海底的自然倾向，和/或问题是会干扰海洋的温跃层的垂直完整性。需要一个方案来解决这些问题，通过采用用于加温上升的水的系统以及处理。加温上升的水的另一原因/利益在于，在更温水中能够加速藻类生长，如能够加速鱼类生长以及转化率(所吃食物比所获得的主体重量也可以更高(即每磅所吃食物鱼类获得更多重量))那样。还没有解决的是要这样的器件，其可主动以及快速地对更深的营养丰富的水再通气/再氧化，这会对这种系统提供增加的效率以及性能。
因而，需要新的改进的系统和方法以解决上述问题。
发明内容
提供该发明内容来以简化形式介绍所选择的构思，该构思在以下具体实施方式中进一步描述。该发明内容不旨在识别所要求的主题的关键方案或者基本方案。而且，该发明内容不旨在作为辅助方式来确定所要求的主题的范围。
在一个示范实施例中，当将冷的营养丰富的深水引至表面时，这些上升的冷水将接触一个或多个热交换器，热交换器用来加温软管内上升的冷水，从软管周围的温水直接抽吸热能。该设计确保了营养丰富的深水以表面环境温度到达表面。这样的一个原因是使得可以将更冷、更浓的营养丰富的深水引至表面而不立即下降回海底(由于它们的较大密度)。该设计的另一目的是维持海洋温跃层的垂直完整性，如以后将更详细解释的。
在另一示范实施例中，使用气举泵送至少用于一些阶段的泵柱。这用作快速以及主动地再通气/再氧化深海洋水，因而相比于自然波混合提供了加速的处理。
上述实施例以及优势以及其他实施例以及优势从说明书以及附图将变得明显。
附图说明
为了示意目的而不是限制目的，本发明的实施例图示于附图的各图中，其中：
图1是图示根据若干实施例的用于海洋藻类培养以及用于创建及维护海洋渔场的系统的示意图。
具体实施方式
以下是可以实践本发明的本发明优选实施例的详细说明。参考附图，附图中包括的信息是该具体实施方式的一部分。此处描述的本发明的具体优选实施例呈现作为示意目的而不是限制目的。应该理解的是，本领域的技术人员可以做结构和/或逻辑修改，这并不超出本发明的范围。因此，本发明的范围由附随的权利要求以及它们的等同结构限定。
参考图1，示出了图示根据若干实施例的用于海洋藻类培养以及用于创建及维护海洋渔场的系统的示意图。如先前说明的，如果靠近海底108的海洋的更深的冷的营养丰富的水131被推至表面106的话，藻类水华，并且渔场在特定条件下会快速及大量地发展。这在部分程度上是因为引至太阳光能够达到的表面114的营养丰富的水可以向环境提供大量的宽谱藻类生长。其自然结果是，海洋生物的生态系统可以发展为供给其食物源，因而可以产生多产的自然野生渔场。为了增加该处理成功的可能性，深水131当到达表面106时(见114，到达海洋表面的被泵送的水)需要被加温以及适当地氧化，如以后进一步详细解释的。
图示于图1的系统100优选包括一系列锚固泵或者GPS自定位浮动泵102，泵102具有软管110，软管110向下延伸至海洋的更深更冷的营养丰富的水131。优选地，泵机构使用波运动、风力或者太阳能作为它们的能量源，这使得它们是成本有效的以及生态友好的。如果使用风能，如示出的，每个泵102可以包括泵塔103，泵塔103上安装有一个或多个风力涡轮104。关于可以用来实践本发明的图示于图1的示范泵和其他示范泵的细节见于申请人提交于2010年7月9日的美国非临时申请No.12/833,899，其在不与本申请冲突的程度上通过参考并入于此。
随着营养丰富的深冷水131被泵送至表面，它们通过一系列优选的被动热交换器112，示意地图示于图1。热交换器112可以通过简单的热传导其作用以加温软管110内上升的冷水，从软管110周围的温水直接抽吸热量。这些周围的水被反复地冷却，一般将向下移动(见130)，因而在空间上替换正通过软管110被抽吸至表面的营养丰富的底部水131。热交换器所产生的效应是，营养丰富的水以环境表面温度到达表面。
因而，热交换器的行为是非常重要的，基于至少两个原因。第一，热交换器作用为确保维持海洋的自然温跃层120的垂直完整性，以及热能不会被更深地推向世界上的海及海洋。将上升的水加温至表面环境温度也是重要的，这基于另一原因。更温的表面海洋水比其下方的更深的更冷的水的浓度低。如果将更营养丰富的深冷水引至表面而不加温的话，它们的较大密度意味着，它们将趋于简单地直降回其深度，因而它们的养料含量立即离开透光区域/层123，并且会对将它们提升至表面的泵送效应产生负作用。
应该注意的是，虽然海洋的温度梯度通常是相当复杂的(例如，温度梯度在不同的深度水平是不同的)，但是为了简化目的，海洋的自然温跃层120(此处，温跃层意味着深度对温度，或者给的深度的温度)示意地示于图1，具有仅三个层或者区域：冷层121、中间层122以及温层123。
还观察到的是，热交换器112可以仅放置在软管110垂直长度的一部分上，典型地是更高部分上，如图1所示，或者放置软管的整个垂直长度上(即，在所有三个层121-123内)。当选择热交换器的适当垂直长度时，需要考虑这些因子，诸如成本、安装系统的海洋区域的实际温跃层、热交换器容量以及传热效率等。例如，如果经适当定尺寸及校准的话，热交换器可以仅使用在水较温的上部分中，因而，可以降低成本，同时给定深/冷水和上方/温水之间的更高温度差可实现大致相同的热量传递。因而，在每个情形下可应用实现热交换的最佳经济拟合。
可以使用本领域公知的任何类型热交换器。但是，可能优选的热交换器将由钛材料制成，因为用于盐水应用中以最小化腐蚀。而且，为了降低成本，可能优选的是定制的及简单的热交换器，诸如简单的金属管，可能仅2英尺长，需要的话沿着软管规则地插入，并且具有内部鳍片以利于热传递。
该系统需要在上升的水的速度、热交换器尺寸/类型、软管尺寸、泵的功率等方面被适当地校准以实现上述结果。
因而，系统100作用成将海洋的深营养丰富的水泵送至适合于发展藻类水华以及渔场的地理位置的表面。
使用热交换器将营养丰富的水变为表面环境温度、以及选择系统的地理位置以最大化太阳光的能力以及优化生长温度意味着，系统具有提供藻类以及鱼类生长的优良无比的能力。结果将优于甚至现有的野生上升流渔场，因为后者的劣势在于，冷水与它们的养料含量关联，这会放缓藻类以及鱼类的生长以及最小化所消耗食物与所获得的鱼体质量的转化率。
此外，通过在此处公开的系统中并入气举泵送技术，至少对于一些阶段的泵柱，上升的营养丰富的水截止它们达到表面时被主动、快速以及自动地通气和氧化。该改进进一步刺激了藻类以及鱼类生长。
尽管此处描述的系统和方法通过藻类以及鱼类的恒定生长具有创建及维护密集的海洋上升流渔场的功能，但是该系统也起到将大量CO2气体固定到固体有机物质中的作用，这在世界面临这严重CO2污染问题的今天具有许多显而易见的好处。
CO2除气已经成为自然产生的上升流区域中的显著现象。海洋从环境中吸收的CO2气体助于降低环境CO2含量，但会引起酸化(CO2+H2O＝HCO3 -+H+)以及海洋水中CO2的过饱和。冷水能够比热水保持相对更多的CO2于溶液中，这意味着引入表面的更冷更深的水被加温将从溶液中释放一些它们的CO2气体。这是观察除气时发生的事情。
应该进行精确科学地量化藻类和鱼类所吸收和去除的CO2之间的平衡(通过海洋雪和收获藻类以及鱼类产品)。但是，在整个碳周期平衡中，明显的是，固定成固体形式的碳越多，能够进入(环境＝海洋溶解＝海洋酸化)平衡持续的就越少。全球规模中很大基底群体的藻类以及鱼类将从环境移除大量CO2。从创建的海洋渔场收获的用于农作物中的鱼粉肥料使得作物泥土中的CO2存量显著增加。这也适用于对人类无用的污水污泥肥料，人类已经从创建的上升流消费了鱼蛋白。
因而，该系统以使用简单且成本有效的技术来模仿完全自然的系统的方式具有潜力解决一些当今的主要问题(温室二氧化碳积累、海洋酸化以及渔场资源枯竭)。潜在的是一个真正的经济以及环境双赢的方案。
再次，通过将营养丰富的水引至太阳光能够达到的表面，此处公开的用于海洋藻类培养以及用于创建及维护海洋渔场的系统和方法向环境提供了大量宽谱藻类生长。其自然结果是，海洋生物的生态系统可以发展为供给其食物源，因而实际是能够“创建”和发展多产的自然野生渔场。事实上，通过创建新的大型世界级渔场，将降低现有渔场的压力，星球上的总体鱼类生长潜力将变得较大，潜在地能够实施重新的设定以最大化可持续收获产量。
系统的目的是将再氧化的营养丰富的水引至表面，使用途中的热交换器将其加温至表面温度。
如果系统被建立在存在表面流及深海洋流的部位，会持续有新的深的营养丰富的水到达吸力点而被泵送至表面。而且，软管周围的被反复冷却及下降的水将通过中间深度水平的表面流移开系统，因而不会直接垂直向下下降到软管底部并且不会直接被抽吸到表面，即使它们具有很少养料含量。因而，具有海洋流的部位是能够期望优化性能的部位。
系统还能够在没有海洋流的区域中工作；但是，管周围的被反复冷却且倾向于直接下降到海底的水有更大机会进行中间循环，具有潜在可能它们被泵送到表面，即使它们不是具有营养丰富含量的'深水'。
GPS自定位泵比起尝试保持很长长度的锚固线缆大概将是非常便宜及存在较少问题的，并且将允许在较少深海洋流的区域中时编程路径。经证明成本有效的是，使泵具有最小移动并且其板上具有GPS系统，而不是保持深的海洋线缆锚链。海洋流、潮汐效应等意味着，系统中的泵将要移动。
通过使泵具有最小移动并且其板上具有GPS系统，能够写出程序使泵在主要流向上彼此保持特定距离(例如，隔开一米)。于是泵在需要时使用GPS能够自动调节它们的位置。
有利的是设定该专利文献中使用的特定单词和词语的定义。术语"包括"以及"具有"以及其衍生词的意思是包括而不是限制。术语"或者"是可选的，意思是“和/或”。词语"关联"以及"与其关联"以及其衍生词可以指的是：包括、被包括在内、互相连接、包含、被包含在内、连接至或者连接有、联接至或者联接有、连通、协作、插入、并置、靠近、结合、具有、具有属性等。
在整个该说明书中，示出的实施例以及例子应该视为例子，而不是限制公开的或者要求的装置和程序。虽然许多例子涉及方法动作或者系统元件的具体组合，但是应该理解的是，这些动作及这些元件可以以其他方式组合以实现相同的目的。仅在一个实施例中讨论的动作、元件以及特征不旨在被排除于其他实施例中的类似成分。
对于权利要求中记载的器件加功能限制，如果有的话，该器件不旨在限于申请中公开的用于执行记载功能的器件，而是旨在覆盖范围内用于执行记载功能的任何器件，现在知道的或者以后发展出的。
虽然为了公开优选实施例的目的在此已经图示和描述了具体实施例，但是本领域的一些技术人员将易于检测替换实施例以及/或者等同变化，它们能够实现相同结果，并且可以替换在此已经图示和描述了的具体实施例，这并不超出本发明的范围。因此，本申请的范围旨在覆盖此处图示和/或描述的具体实施例的替换实施例以及/或者等同变化。因此，本发明的范围由附随的权利要求以及它们的等同结构限定。此外，作为进一步公开并入说明书和权利要求的每个及每一权利要求是本发明的实施例。

Claims (8)

1.一种用于藻类培养以及渔场创建及维护的系统，还用于减少温室气体，包括：多个泵，泵具有用于从海底抽吸营养丰富的深冷水并将其泵送至海洋表面的软管；以及从软管周围的温水抽吸热量的多个热交换器，多个热交换器与至少一部分软管热连通，用于将上升的营养丰富的深冷水在其上升通过软管期间逐渐加温，使得在其到达海洋表面时其大致处于海洋表面水温。
2.根据权利要求1的系统，其中，所述多个泵使用气举泵送技术用于至少一部分泵送距离，使得上升的营养丰富的深冷水以被再氧化的方式到达海洋表面。
3.根据权利要求2的系统，其中，所述多个泵使用风能自推进，并且其中，多个泵中的每一个包括在其上安装有至少一个风力涡轮的泵塔。
4.根据权利要求2的系统其中，所述多个泵中的每个使用GPS功能以及自推进式部件以根据编程路径定位自身。
5.一种用于藻类培养以及渔场创建及维护的方法，还用于减少温室气体，包括：安装多个泵，泵具有用于从海底抽吸营养丰富的深冷水并将其泵送至海洋表面的软管；以及安装用于从软管周围的温水抽吸热量的多个热交换器，多个热交换器与至少一部分软管热连通，用于将上升的营养丰富的深冷水在其上升通过软管期间逐渐加温，使得在其到达海洋表面时其大致处于海洋表面水温。
6.根据权利要求5的方法，其中，所述多个泵使用气举泵送技术用于至少一部分泵送距离，使得上升的营养丰富的深冷水以被再氧化的方式到达海洋表面。
7.根据权利要求6的方法，其中，所述多个泵使用风能自推进，并且其中，多个泵中的每一个包括在其上安装有至少一个风力涡轮的泵塔。
8.根据权利要求6的方法，其中，所述多个泵中的每个使用GPS功能以及自推进式部件以根据编程路径定位自身。
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